Definirea conditiilor de autopropulsare

Definirea conditiilor de autopropulsare

Miscarea autovehiculului este determinata de marimea, directia si sensul fortelor active si a fortelor de rezistenta ce actioneaza asupra acestuia.

Definirea conditiilor de autopropulsare precede calculul de tractiune, impreuna cu care conditioneaza performantele autovehiculului. Cuprinde precizarea, in functie de tipul, caracteristicile si destinatia autovehiculului, a cauzelor fizice pentru fortele de rezistenta ce actioneaza asupra autovehiculului.

Rezistenta la rulare

Rezistenata la rulare ( R_r ) este o forta cu actiune permanenta la rularea rotilor pe cale, de sens opus sensului deplasarii autovehiculului.

Cauzele fizice ale acestei rezistente la inaintare sunt: deformarea cu histerezis a pneului, frecari superficiale intre pneu si cale, frecarile din lagarele rotii, deformarea caii, percutia dintre elementele pneului si microneregularitatile caii, efectul de ventuza produs de profilele cu contur inchis pe banda de rulare etc.

Fata de cauzele determinate, rezistenta la rulare depinde de un numar mare de factori de influenta, printre care semnificativi sunt: constructia pneului, viteza de deplasare, presiunea aerului din pneu, fortele si momentele ce actioneaza asupra rotii.

In calculele de proiectare dinamica a autovehiculelor, rezistenta la rulare este luata in considerare prin coeficientul rezistentei la rulare f, care reprezinta

o forta specifica la rulare definitaprin relatia:

unde: R_r - este rezistenta la rulare ;G_a cos a - componenta greutatii normala pe cale ;

Folosind relatia: R_r = f * G_a* cos a [ N ] Si adoptand coeficientul rezistentei la rulare f din diagrama, f = 0,03 , pentru o cale de rulare inclinata ( cos 17 = 0,96 ), pavata ,in stare buna (autoturism ,44 , ce ruleaza cu viteza maxima v_max = 165km/h), rezulta:

R_r = 0,03* 22200 * 0,96 = 639.36 N

Rezistenta aerului

Rezistenta aerului ( R_a ) reprezinta interactiunea, dupa directia deplasarii, dintre aerul in repaus si autovehiculul in miscare rectilinie. Ea este o forta cu actiune permanenta de sens opus sensului de deplasare a automobilului.

Cauzele fizice ale rezistentei aerului sunt: repartitia inegala a presiunilor pe partea din fata si din spate a caroseriei, frecarea dintre aer si suprafetele pe langa care are loc curgerea acestuia, energia consumata pentru turbionarea aerului si rezistenta curentilor exteriori folositi pentru racirea diferitelor organe si pentru ventilarea caroseriei.

Pentru calculul rezistentei aerului se recomanda utilizarea relatiei :

R_a = 1/2 * r * C_x * A * v²    [ N ]

Unde : r - densitatea aerului ; pentru conditii atmosferice standard ( p = 101,33 * 10^-3 [ N/m² ] si T = 288 ^oK ) densitatea aerului este r = 1,226 [ kg/m³ ] ;

Cx - coeficientul de rezistenta a aerului ;

A - aria sectiunii transversale maxime [ m² ] ;

V - viteza de deplasare a automobilului [ m/s ] ;

Notand produsul constant : 1/2 * r * C_x = K [ kg/m³ ] numit coeficient aerodinamic, rezistenta aerului este data de relatia:

R_a = K * A * v² [ N ] unde : K = 0,6125 * C_x kg/m³ ( conditii atmosferice standard ) ;

Aria transversala maxima se determina cu suficienta precizie cu relatia :

A = B * H [ m2 ] unde: B - ecartamentul autoturismului [ m ]

H - inaltimea autoturismului [ m ]

A = 2,450 * 1,830 = 2,66 m²

Pentru determinarea marimii coeficientului de rezistenta a aerului C_x , vom folosi metoda comparativa, conform literaturii de specialitate, analizand valoarea acestuia la solutiile similare propuse, si vom adopta o valoare medie. Cx = 0,4.

Astfel rezulta: R_a=0,6125*0,4*2,66*= 1369 N

Rezistenta la panta

La deplasarea autovehiculului pe cai cu inclinare longitudinala, greutatea da o componenta ( R_p ) dupa directia deplasarii, data de relatia : R_p = G_a * sin a [ N ].

Aceasta forta este o forta rezistenta la urcarea rampelor ( de sens opus vitezei de deplasare ) si o forta activa la coborarea pantelor.

Pentru pante cu inclinari mici (a 17 ^o ) la care eroarea aproximarii : sin a = tg a este sub 5% panta se exprima in procente p% = tg a. In acest caz expresia rezistentei la panta este data de relatia :

R_p = G_a * p [ N ]

Alegerea unghiului de inclinare longitudinala a caii se face functie de tipul si destinatia automobilului.

Pentru cazul nostru adoptam a_max = 17 ^o ; rezulta R_p = 22200 * 0.2623 = 5772 N

Rezistenta la demarare

Regimurile tranzitorii ale miscarii automobilului sunt caracterizate de sporiri ale vitezei (demaraje) si reduceri ale vitezei (franare). Rezistenta la demarare ( R_d ) este o forta de rezistenta ce se manifesta in regimul de miscare accelerata a autovehiculului.

Ca urmare a legaturilor cinematice determinate in lantul cinematic al transmisiei dintre motor si rotile motoare, sporirea vitezei de translatie a autovehiculului se obtine prin sporirea vitezelor unghiulare de rotatie ale elementelor transmisiei si rotilor. Masa autovehiculului in miscare de translatie capata o acceleratie liniara, iar piesele aflate in miscare de rotatie, acceleratii unghiulare.

Influenta asupra inertiei in translatie a pieselor aflate in rotatie se face printr-un coeficient d , numit coeficientul de influenta a maselor aflate in miscare de rotatie.

Rezistenta la demarare este astfel data de relatia :

unde :    ma - masa automobilului [ kg ] ;

d - coeficientul de influenta al maselor aflate in miscare de rotatie ;

dv/dt = a - acceleratia miscarii de translatie a autovehiculului [ m/s²

Pentru calculul rezistentei la demarare este necesara cunoasterea marimii coeficientului de influenta a maselor aflate in miscare de rotatie.

Comform literaturii de specialitate , pentru un autoturism 44, cu viteza maxima de 165 km/h, adoptam momentul masic de inertie al pieselor motorului I_m = 0,2 kg*m² si momentul masic al unei roti I_R = 2 kg*m².

Din calcule rezulta coeficientii maselor astfel : d_m = 0,0263 si d_R

Pentru acceleratia maxima in prima treapta a C.V. valoarea este a_{1 max} = 3.2 m/s².

Deoarece rezistenta la rulare cat si rezistenta la panta sunt determinate de starea si caracteristicile caii de rulare, se foloseste gruparea celor doua forte intr-o forta de rezistenta totala a caii ( Ry ), data de relatia :

Ry = Rr + Rp = Ga ( f cos a + sin a ) = Ga * y =22200*0.36 = 7992[ N ]

unde : y - coef. rezistentei totale a caii ;

Pentru valorile adoptate anterior y

Ecuatia generala de miscare a automobilului

Pentru stabilirea ecuatiei generale a miscarii, se considera autovehiculul in deplasare rectilinie, pe o cale cu inclinare longitudinala de unghi a, in regim tranzitoriu de viteza cu acceleratie pozitiva. Luand in considerare actiunea simultana a fortelor de rezistenta si a fortei motoare ( de propulsie ) din echilibru dinamic dupa directia miscarii, se obtine ecuatia diferentiala :

Functie de conditiile de autopropulsare a autovehiculului, in ecuatia de miscare se definesc mai multe forme particulare :

a)         pornirea din loc cu acceleratia maxima

In acest caz ecuatia generala de miscare capata forma particulara

unde : a_{1 max} - acceleratia in prima treapta a C.V.

F_{R(a1 max)} = 22200 * 0,03 + 2220 * 1,3 * 3.2= 666 + 9235.2 = 9901.2 N

b)         deplasarea pe calea cu panta maxima

Corespunzator conditiilor formulate anterior, coeficientul rezistentei specifice a caii capata forma

F_{R max} = G_a * y_max = 22200 * 0,36 = 7992 N

c)         deplasarea cu viteza maxima

Din conditia realizarii vitezei maxime pe o cale orizontala in stare buna se obtine forma

F_{Rv max} = 22200 * 0,03+1/2 *1,225 * 2,66* 0,5 * (165/3,6)² = 666 + 642 = 1308 N